(57)【要約】   【課題】異常が発生した場合に、安全を確保することができるトランスを有するスイッチング電源装置を提供すること。  【解決手段】  ボビン７に巻回される複数の巻線は、積層され最もコア８に近い層に１次巻線Ｐ１、その上の層に１次巻線Ｐ２、その上の層に２次巻線Ｓ１、そして最上層に２次巻線Ｓ２の順で巻回される。各層の間および最上層の巻線Ｓ２の外周には、絶縁紙（絶縁テープ）６が、巻回されるとともに、ボビン７のコア８の長手方向の両端に形成された両枠と各巻線との間には、絶縁スペーサ５が備えられている。図１に示すように、巻線Ｐ１，Ｐ２，Ｓ１は、太い直径の導電線（銅線など）により形成され、外周の巻線Ｓ２は、直径が０．１ｍｍ以下の細い導電線により形成されている。  【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に電磁結合された１次巻線と２次巻線とを有するトランスと、主電源から前記１次巻線に供給する電流又は電圧を制御するためのスイッチ手段と、そのスイッチ手段をオン・オフ制御するための制御回路と、前記２次巻線に接続された出力回路とを備えたスイッチング電源装置であって、
前記２次巻線は、第１の巻線とその第１の巻線より太い第２の巻線とを有し、前記１次巻線と第１の２次巻線との間に、第２の２次巻線を積層して配置されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
相互に電磁結合された１次巻線と２次巻線とを有するトランスと、主電源から前記１次巻線に供給する電流又は電圧を制御するためのスイッチ手段と、そのスイッチ手段をオン・オフ制御するための制御回路と、前記２次巻線に接続された出力回路とを備えたスイッチング電源装置であって、
前記１次巻線は、第１の１次巻線とその第１の巻線より太い第２の１次巻き線とを有し、前記第１の１次巻線と２次巻線との間に、第２の１次巻線を積層して配置されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記第１の巻線と第２の巻線との間に、絶縁紙を有していることを特徴とする請求項１または２記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記第１の巻線は、直径０．１ｍｍ以下の電導線により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスを有するスイッチング電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置は、近年制御系の電子化が進み、軽量、小型化され、電子・電気機器の電源として広く用いられている。これらのスイッチング電源装置では、電源電圧を高周波数でスイッチングし、スイッチングされた電圧を小型のトランスにより効率良く所望の電圧に変換するものである。
【０００３】
図４は、従来のスイッチング電源装置１を示すブロック図である。スイッチング電源装置１は、入力電源回路１９と、起動回路１２と、発振回路１３と、駆動回路１４と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３と、スイッチングトランスＴ１０と、定電圧回路１５と、温度保護回路１６とにより構成されている。
【０００４】
入力電源回路１９は、商用交流電源に接続するプラグＰＧと、ヒューズＦ１と、電源スイッチＳＷ１と、電源から入力される１００Ｖの交流を整流するダイオードＤ１と、整流後の電圧を平滑する電解コンデンサＣ１、Ｃ２により構成されている。電源スイッチＳＷ１は、スイッチング電源装置１をオンオフするスイッチであり、ヒューズＦ１は、交流電源に異常な電流が流れた場合に切断されるものである。
【０００５】
ダイオードＤ１は、入力される商用交流（例えば、電圧１００Ｖ）を直接整流するもので、整流後の電圧は電解コンデンサＣ１，Ｃ２により平滑される。電源電圧が交流１００Ｖの場合には、Ｃ１，Ｃ２の電圧は、それぞれ約１４０Ｖになる。
【０００６】
起動回路１２は、トランジスタなどの素子により構成される回路であって、電源スイッチＳＷ１が投入されると、シリーズレギュレータとして作動し、発振回路１３および駆動回路１４に電力を供給する。
【０００７】
発振回路１３は、所定の周波数で発振するように構成されたもので、起動回路１２から供給される電力を電源として高周波で発振する。また、温度保護回路１６が作動すると制御端子が接地されることにより発振を停止するように構成されている。
【０００８】
発振回路１３の発振出力は、駆動回路１４に供給される。この駆動回路１４は、発振回路１３と同様に起動回路１２から供給される電力をＤＣ電源とし、発振回路３より供給される発振信号に応じて、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をそれぞれ駆動する。
【０００９】
スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）により構成され、スイッチング素子Ｑ２のゲート電極が、駆動回路１４に接続され、ソース電極が入力電源回路１９の電解コンデンサＣ２のマイナス電極に、ドレイン電極がスイッチング素子Ｑ３のソース電極とスイッチングトランスＴ１０の１次巻線Ｐ１の一端に接続されている。
【００１０】
スイッチング素子Ｑ３は、スイッチング素子Ｑ２と同様にゲート電極が、駆動回路１４の他方の出力に接続され、ソース電極は、スイッチング素子Ｑ２のドレイン電極およびスイッチングトランスＴ１０の１次巻線Ｐ１の一端に接続され、ドレイン電極は、入力電源回路１９の電解コンデンサＣ１のプラス電極に接続されている。
【００１１】
スイッチングトランスＴ１０には、１次巻線Ｐ１、Ｐ２と２次巻線Ｓ１、Ｓ２とが形成されている。なお、本願においては、スイッチングトランスＴ１０の電源側に配置される巻線を１次巻線と称し、スイッチグトランスＴ１０により電圧が変換され、機器に供給される電圧を形成する巻線を２次巻線と称する。これらの巻線は、１次巻線と２次巻線とを磁心に積層して巻回して形成するとともに、１次巻線と２次巻線との間には、絶縁紙を巻回することにより絶縁されている。（特許文献１）。
【００１２】
１次巻線Ｐ１の一端は、スイッチング素子Ｑ２のドレイン電極とスイッチング素子Ｑ３のソースとに接続され、他端は、入力電源回路１９の電解コンデンサＣ１のマイナス電極に接続されている。２次巻線Ｓ１、Ｓ２は、このスイッチング電源１の電源出力であり、それぞれの電圧が整流されて機器に送電される。これらの１次巻線Ｐ１、Ｐ２および２次巻線Ｓ１，Ｓ２は、供給することができる電流の大きさにより巻線の太さが異なる。１次巻線Ｐ２は、発振回路１３および駆動回路１４の電源を形成する定電圧回路１５の電源である。
【００１３】
定電圧回路１５は、シリーズレギュレータＩＣなどにより構成される回路で、１次巻線Ｐ２の一端に接続され、１次巻線Ｐ２により変換された電圧は定電圧化されて発振回路１３および駆動回路２４の電源に供給される。
【００１４】
起動回路１２の出力と定電圧回路１５の出力とは、オア回路を介して発振回路１３および駆動回路１４に供給される。定電圧回路１５により定電圧化された電圧は、起動回路１２から供給される電圧より高く設定されているので、定電圧回路１５から電力の供給が開始されると、起動回路１２からの電圧の供給は停止される。
【００１５】
以上のようにして、発振回路１３が起動されると、以後異常がなければ安定して発振回路１３により発振が行われ、駆動回路１４がスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をスイッチングしてスイッチングトランスＴ１０により２次巻線Ｓ２により電源供給が行われる。
【００１６】
スイッチング電源装置１は、内部にスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３などの発熱部品を多く有しており、過負荷やその他の要因により温度が異常に上昇する場合がある。このような異常な場合には、電源装置の動作を停止するように温度保護回路１６が備えられている。
【００１７】
温度保護回路１６は、サーミスタなどにより構成される回路で、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が取り付けられるヒートシンクに温度結合され、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３の温度が高くなると、サーミスタの温度も高くなる。この温度が異常に高くなった場合には、発振回路１３の発振を停止するとともに、起動回路１２が起動動作を起こさないように構成されている。
【特許文献１】特開２００２−２３７４２１号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
スイッチング電源装置では、異常時の安全を確保するために、巻線を短絡する巻線短絡試験が行われる。大きな電流が流れる太い巻線が短絡した場合には、１次側に大きな電流が流れ、ヒューズＦ１が遮断されることにより安全が確保される。しかし、細い巻線が短絡した場合には、１次側に流れる電流は小さく、ヒューズＦ１が遮断されない場合がある。このような場合には、スイッチングトランスが高熱になり、絶縁紙が溶け、１次側の高電圧が２次側に漏れたりするという問題点があった。なお、スイッチング電源装置は、スイッチングトランスを小型化しているため温度ヒューズを設置することができない。
【００１９】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、異常が発生した場合に、安全を確保することができるトランスを有するスイッチング電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この目的を達成するために、請求項１記載のスイッチング電源装置は、相互に電磁結合された１次巻線と２次巻線とを有するトランスと、主電源から前記１次巻線に供給する電流又は電圧を制御するためのスイッチ手段と、そのスイッチ手段をオン・オフ制御するための制御回路と、前記２次巻線に接続された出力回路とを備えたものであって、前記２次巻線は、第１の巻線とその第１の巻線より太い第２の巻線とを有し、前記１次巻線と第１の２次巻線との間に、第２の２次巻線を積層して配置されている。
【００２１】
請求項２記載のスイッチング電源装置は、相互に電磁結合された１次巻線と２次巻線とを有するトランスと、主電源から前記１次巻線に供給する電流又は電圧を制御するためのスイッチ手段と、そのスイッチ手段をオン・オフ制御するための制御回路と、前記２次巻線に接続された出力回路とを備えたものであって、前記１次巻線は、第１の１次巻線とその第１の巻線より太い第２の１次巻き線とを有し、前記第１の１次巻線と２次巻線との間に、第２の１次巻線を積層して配置されている。
【００２２】
請求項３記載のスイッチング電源装置は、請求項１または２記載のスイッチング電源において、前記第１の巻線と第２の巻線との間に、絶縁紙を有している。
【００２３】
請求項４記載のスイッチング電源装置は、請求項１から３のいずれかに記載のスイッチング電源装置において、前記第１の巻線は、直径０．１ｍｍ以下の電導線により形成されている。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１記載のスイッチング電源装置によれば、２次巻線は、第１の巻線とその第１の巻線より太い第２の巻線とを有し、１次巻線と第１の２次巻線との間に、第２の２次巻線を積層して配置されているので、第１の２次巻線に短絡などの異常が発生した場合に、１次巻線と直接接触することを防止することができ、１次巻線と２次巻線との絶縁を保持し、安全を確保できるという効果がある。
【００２５】
請求項２記載のスイッチング電源装置によれば、１次巻線は、第１の１次巻線とその第１の巻線より太い第２の１次巻き線とを有し、第１の１次巻線と２次巻線との間に、第２の１次巻線を積層して配置されているので、第１の１次巻線に短絡などの異常が発生した場合に、２次巻線と直接接触することを防止することができ、１次巻線と２次巻線との絶縁を保持し、安全を確保できるという効果がある。
【００２６】
請求項３記載のスイッチング電源装置によれば、請求項１または２記載のスイッチング電源の奏する効果に加え、第１の巻線と第２の巻線との間に、絶縁紙を有しているので、第１の巻線に短絡などの異常があった場合に、第２の巻線との絶縁をよりよく保持し、安全を確保できるという効果がある。
【００２７】
請求項４記載のスイッチング電源装置によれば、請求項１から３のいずれかに記載のスイッチング電源装置の奏する効果に加え、第１の巻線は、直径０．１ｍｍ以下の電導線により形成されているので、第１の巻線に短絡などの異常が発生した場合に、第１の巻線の温度が上昇し、第１の巻線が切断され、安全が確保されるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の好ましい第１の実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態であるスイッチング電源装置１のスイッチングトランスＴ１の構成を示した断面図である。このスイッチングトランスＴ１は、図４に示すスイッチング電源装置１に用いられるスイッチングトランスＴ１０を置き換えたものである。
【００２９】
図１において、コア（磁心）８は、フェライトを圧縮し焼成した磁性体により形成された円筒形のものであり、このコア８の外周に複数の巻線を巻回して保持するボビン７が備えられている。コア８は、Ｅ字状のものを２つ向かい合わせにしたり、Ｅ字状のものと、Ｉ字状のものとを組あわせて日字状に形成し、その中央の磁心であるが、図１ではその外周の磁心を省いて示すものである。
【００３０】
ボビン７に巻回される複数の巻線は、積層され最もコア８に近い層に１次巻線Ｐ１、その上の層に１次巻線Ｐ２、その上の層に２次巻線Ｓ１、そして最上層に２次巻線Ｓ２の順で巻回される。各層の間および最上層の巻線Ｓ２の外周には、絶縁紙（絶縁テープ）６が、巻回されるとともに、ボビン７のコア８の長手方向の両端に形成された両枠と各巻線との間には、絶縁スペーサ５が備えられている。図１に示すように、巻線Ｐ１，Ｐ２，Ｓ１は、太い直径の導電線（銅線など）により形成され、外周の巻線Ｓ２は、直径が０．１ｍｍ以下の細い導電線により形成されている。
【００３１】
よって、２次巻線Ｓ２に短絡などの異常が発生した場合は、２次巻線Ｓ２の温度が上昇し、その温度により切断されるので、安全が維持される。また、２次巻線Ｓ２が切断されない場合に、絶縁紙６が溶融されても２次巻線Ｓ２は、２次巻線Ｓ１と接触し、１次巻線Ｐ１、Ｐ２とは接触しないので、１次側から高電圧が２次側に漏れることがなく、安全が確保される。
【００３２】
以上、第１の実施形態に基づいて説明したように、本発明によるスイッチング電源装置１のスイッチングトランスＴ１は、２次側の複数の巻線を、１次側と隣り合う巻線には線径が太い巻線とし、その太い巻線を隔てて線径が細い巻線を配置したので、細い線径の巻線に短絡などの異常によりその細い線径の巻線が高温度になって溶融した場合に、２次側の巻線と接触することがなく、安全を確保することができる。
【００３３】
また、その細い線径の巻線は、０．１ｍｍ以下の線径を有するので、異常に高温度になった場合には遮断され、安全が確保される。
【００３４】
次に、本発明の好ましい第２の実施形態について、図２および図３を参照して説明する。図２は、本発明の第２の実施形態のスイッチング電源装置１０の電気的構成を示すブロック図であり、図３は、スイッチング電源装置１０に用いられるスイッチングトランスＴ２の構成を示す断面図である。なお、図１および図４を参照して説明した第１の実施形態におけるスイッチング電源装置１と同一の部分には、同一の符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００３５】
第１の実施形態においては、複数の２次巻線のうち、いずれかの巻線の線径が細い場合を示したが、第２の実施形態では、複数の１次巻線のうちいずれかの巻線の線径が細い場合を示す。
【００３６】
図２に示すように、第２の実施形態では、入力電源（ＡＣ）の一方にヒューズＦ１が備えられ、入力電源は、スイッチング回路２０に供給される。スイッチング回路２０は、図４における入力電源回路１９、起動回路１２、発振回路１３、駆動回路１４および温度保護回路１６などを含む回路を省略して示すものである。
【００３７】
スイッチング回路２０によりスイッチングされた電圧は、スイッチングトランスＴ２の１次側巻線Ｐ１ａとＰ１ｂとに供給される。このスイッチングトランスＴ２の１次側巻線としては、上記以外に、Ｐ２が備えられ、２次側には、巻線Ｓ１およびＳ２が備えられている。
【００３８】
１次巻線Ｐ２により発生した電圧は、１次側の回路２１に供給される。この回路２１は、例えば、図４における定電圧回路１５であるが、この電圧を保護回路や駆動回路に供給するようにし、これらの回路がこの電圧により動作するようにしてもよい。
【００３９】
２次側巻線Ｓ１、Ｓ２により発生した電圧は、それぞれ回路２３、２４に電源として供給される。
【００４０】
図３は、スイッチングトランスＴ２の断面を示す断面図である。円筒形のコア８のの外周に複数の巻線を巻回して保持するボビン７が備えられている。
【００４１】
ボビン７に巻回される複数の巻線は、積層され最もコア８に近い層に２次巻線Ｓ１、その上の層に１次巻線Ｐ１ａ、その上の層に２次巻線Ｓ２、その上の層に１次巻線Ｐ１ｂ、そして最上層に１次巻線Ｐ２の順で巻回される。各層の間および最上層の巻線Ｐ２の外周には、絶縁紙（絶縁テープ）６が巻回されるとともに、ボビン７のコア８の長手方向の両端に形成された両枠と各巻線との間には、絶縁スペーサ５が備えられている。
【００４２】
図３に示すように、巻線Ｐ１a，Ｐ１ｂ，Ｓ１およびＳ２は、太い直径の導電線（銅線など）により形成され、外周の巻線Ｐ２は、直径が０．１ｍｍ以下の細い導電線により形成されている。
【００４３】
よって、１次巻線Ｐ２に短絡などの異常が発生した場合は、１次巻線Ｐ２の温度が上昇し、その温度により切断されるので、安全が維持される。また、１次巻線Ｐ２が切断されない場合に、絶縁紙６が溶融されても１次巻線Ｐ２は、１次巻線Ｐ１ｂと接触し、２次巻線Ｓ１、Ｓ２とは接触しないので、１次側から高電圧が２次側に漏れることがなく、安全が確保される。
【００４４】
以上、第２の実施形態に基づいて説明したように、本発明によるスイッチング電源装置１のスイッチングトランスＴ２は、１次側の複数の巻線を、２次側と隣り合う巻線には線径が太い巻線とし、その太い巻線を隔てて線径が細い巻線を配置したので、１次側の細い線径の巻線に短絡などの異常によりその細い線径の巻線が高温度になって溶融した場合に、２次側の巻線と接触することがなく、安全を確保することができる。また、その細い線径の巻線は、０．１ｍｍ以下の線径を有するので、異常に高温度になった場合には遮断され、安全が確保される。
【００４５】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、複数の巻線をコア８の長手方向に直角な方向に積層したが、複数の巻線をコア８の長手方向に積層してもよい。
【００４７】
また、上記第１の実施形態では、１次巻線Ｐ２は、太い巻線として説明したが、この巻線Ｐ２に流れるで電流が小さい場合は細い巻線とし、１次側、２次側ともに、太い巻線Ｓ１、Ｐ１を間に挟んで、その両側に、細い巻線Ｓ２、Ｐ２を配置してもよい。
【００４８】
このようにすることにより、１次側および２次側において、細い巻線に短絡などの異常が発生した場合に、安全を確保することができる。
【００４９】
また、上記実施形態では、コア８は、円筒形であるものとしたが、四角柱、５角柱などであってもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、１次巻線と２次巻線とが接する場合には、線径が太い巻線を隣り合わせ、その太い巻線を隔てて細い巻線を配置するものとしたが、太い巻線を配置できない場合には、電流が流れないダミーの巻線を１次巻線と２次巻線とが接する位置に配置し、細い巻線をダミーの巻線を隔てて配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるスイッチング電源装置のスイッチングトランスの構成を示す断面図である。
【図２】第２の実施形態におけるスイッチング電源装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】第２の実施形態におけるスイッチング電源装置のスイッチングトランスの構成を示す断面図である。
【図４】従来技術におけるスイッチング電源装置の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５２】
１，１０                    スイッチング電源装置
１２                        起動回路
１３                        発振回路
１４                        駆動回路
１５                        定電圧回路
１６                        温度保護回路
Ｆ１                        ヒューズ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ１０          スイッチングトランス（トランス）
Ｐ１，Ｐ１ａ,Ｐ１ｂ，Ｐ２  １次巻線
Ｓ１，Ｓ２                  ２次巻線
【図１】
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【図２】
2006352939.tif 000004
【図３】
2006352939.tif 000005
【図４】
2006352939.tif 000006